​南京师范大学JMCA：含氧中间体在Ru-Sn固溶体氧化物上竞争吸附，显著提高碱性OER活性

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​南京师范大学JMCA：含氧中间体在Ru-Sn固溶体氧化物上竞争吸附，显著提高碱性OER活性
析氧反应(OER)是电化学水分解过程中的关键半反应，在大规模制氢过程中起着至关重要的作用。然而，OER的高热力学能垒(237 kJ mol−1)和缓慢的动力学限制了制氢效率。因此，迫切需要开发高效、稳定的电催化剂，以提高OER的热力学和动力学活性。为了实现对OER的高催化活性，必须调节含氧中间体与催化剂活性位点之间的吸附强度。根据Nørskov等人提出的理论，每个含氧中间体的结合能都是线性相关的，不能被独立调制。
因此，氧中间体在活性位点上的中等吸附强度有利于促进OER过程的催化效率。根据火山理论，二氧化钌(RuO2)被认为是OER反应的基准电催化剂。但是，RuO2基催化剂的Ru位点和O中间体之间较强的吸附强度限制了其整体催化活性，因此需要对RuO2基催化剂的电子结构进行精确调制，进而提高OER催化活性。
​南京师范大学JMCA：含氧中间体在Ru-Sn固溶体氧化物上竞争吸附，显著提高碱性OER活性
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考虑到Sn和Ru相同的阳离子价态、相似的离子半径和氧化物晶体结构，南京师范大学孙瀚君和唐亚文等将Sn加入到RuO2中，构建金红石结构的Ru-Sn固态溶液氧化物(Ru0.6Sn0.4O2)，采用竞争吸附策略来加速OER动力学。
实验结果和理论计算表明，Sn是一种具有优异*O吸附能力的高嗜氧元素，通过中间体在Ru位点与Sn位点之间的竞争性吸附，缓解了*O在Ru位点上的过度吸附，进一步显著提高了在碱性介质中水分解的活性和耐久性。
​南京师范大学JMCA：含氧中间体在Ru-Sn固溶体氧化物上竞争吸附，显著提高碱性OER活性
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电化学测试结果显示，所制备的Ru0.6Sn0.4O2催化剂具有优异的OER活性，其在10 mA cm−2电流密度下的过电位仅为245 mV，Tafel斜率为61.80 mV dec−1；同时，该催化剂在10 mA cm−2电流密度下连续运行32小时而没有发生明显的活性下降，并且反应后材料的形貌和结构基本保持原状，表明Ru0.6Sn0.4O2具有优异的稳定性。
综上所述，该项工作证明了中间体竞争吸附策略对提高催化活性的可行性，为设计高效固溶体氧化物电催化剂提供了思路。
Competitive Adsorption of Oxygen-containing Intermediates on Ruthenium-tin Solid-solution Oxides for Alkaline Oxygen Evolution. Journal of Materials Chemistry A, 2023. DOI: 10.1039/d3ta05347d

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/30/2c2b9d28c3/

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